人教版高中生物必修二 DNA的結(jié)構(gòu) 基因的本質(zhì)

第3章基因的本質(zhì)第2節(jié)

DNA的結(jié)構(gòu)

1.體驗(yàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程，領(lǐng)悟模型方法在研究中的應(yīng)用。2.說出DNA結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，舉例說明堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。1.科學(xué)思維：思考在DNA分子中堿基的比例和數(shù)量之間的規(guī)律，總結(jié)有關(guān)堿基計(jì)算的方法和規(guī)律。2.科學(xué)探究：動(dòng)手制作模型，培養(yǎng)觀察能力、空間想象能力、分析和理解能力。課標(biāo)要求素養(yǎng)要求內(nèi)容索引一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建二、DNA的結(jié)構(gòu)隨堂演練知識(shí)落實(shí)三、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型01一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建DNASHUANGLUOXUANJIEGOUMOXINGDEGOUJIAN基礎(chǔ)梳理

·夯實(shí)教材基礎(chǔ)1.構(gòu)建者：美國生物學(xué)家

和英國物理學(xué)家

。2.過程沃森克里克脫氧核苷酸DNA衍射圖譜A=T,G=CTC(1)威爾金斯和富蘭克林通過對(duì)DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)(

)(2)沃森和克里克構(gòu)建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中，脫氧核糖—磷酸骨架排列在螺旋外部，堿基排列在螺旋內(nèi)部(

)(3)沃森和克里克研究DNA分子的結(jié)構(gòu)時(shí)，運(yùn)用了構(gòu)建物理模型的方法(

)×正誤判斷

·矯正易混易錯(cuò)√√02二、DNA的結(jié)構(gòu)DNADEJIEGOU基礎(chǔ)梳理

·夯實(shí)教材基礎(chǔ)1.DNA的基本組成單位——_____________結(jié)構(gòu)模式圖脫氧核苷酸2.雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按

方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的一條單鏈具有兩個(gè)末端，一端有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，稱作

，另一端有一個(gè)羥基(—OH)，稱作

，兩條單鏈走向

，一條單鏈從5′－端到3′－端，另一條單鏈從3′－端到5′－端。(2)DNA中的

交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；

排列在內(nèi)側(cè)。(3)兩條鏈上的堿基通過

連接成堿基對(duì)，并且堿基配對(duì)具有一定規(guī)律：

一定與T配對(duì)，

一定與C配對(duì)。堿基之間的這種一

一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，叫作

原則。反向平行5′－端3′－端脫氧核糖和磷酸堿基相反氫鍵AG堿基互補(bǔ)配對(duì)DNA分子的結(jié)構(gòu)分析歸納提升(1)DNA分子結(jié)構(gòu)可簡記為“5、4、3、2、1”，即5種元素、4種堿基(脫氧核苷酸)、3種小分子、2條長鏈、1個(gè)雙螺旋。(2)DNA雙鏈分子中磷酸、脫氧核糖和堿基之間的數(shù)量比為1∶1∶1。(1)DNA分子由四種脫氧核苷酸組成，這四種脫氧核苷酸含有的堿基是A、U、C、G(

)(2)DNA分子由兩條方向相同的脫氧核苷酸鏈盤旋而成(

)(3)DNA分子中的堿基一定存在如下數(shù)量關(guān)系：C＝T，A＝G(

)(4)DNA單鏈中的A與T的數(shù)量一定相等(

)×正誤判斷

·矯正易混易錯(cuò)×××深化探究

·解決問題疑難如圖是DNA片段的結(jié)構(gòu)圖，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：1.圖中的[1]、[2]、[5]、[7]的名稱分別是什么？提示

[1]為堿基對(duì)、[2]為一條脫氧核苷酸單鏈片段、[5]為腺嘌呤脫氧核苷酸、[7]為氫鍵。2.該片段中，游離的磷酸基團(tuán)有幾個(gè)？提示2個(gè)。3.現(xiàn)有M、N兩個(gè)均含有200個(gè)堿基的雙鏈DNA分子，其中M分子中共有260個(gè)氫鍵，N分子中含有20個(gè)腺嘌呤，那么M分子中有C—G堿基對(duì)多少個(gè)？這兩個(gè)DNA分子中哪個(gè)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定？分析假設(shè)M分子只有A、T兩種堿基，則200個(gè)堿基，100個(gè)堿基對(duì)，含有200個(gè)氫鍵，而實(shí)際上有260個(gè)氫鍵，即G—C堿基對(duì)共60個(gè)。N分子中A—T堿基對(duì)有20個(gè)，則G—C堿基對(duì)有80個(gè)，氫鍵共有20×2＋80×3＝280(個(gè))，氫鍵越多的DNA分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。提示M分子中有C—G堿基對(duì)共60個(gè)；N分子結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。03三、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型ZHIZUODNASHUANGLUOXUANJIEGOUMOXING基礎(chǔ)梳理

·夯實(shí)教材基礎(chǔ)1.組裝“脫氧核苷酸模型”利用材料制作若干個(gè)

、磷酸和堿基，組裝成若干個(gè)脫氧核苷酸。2.制作“多核苷酸長鏈模型”將若干個(gè)脫氧核苷酸依次穿起來，組成兩條多核苷酸長鏈。注意兩條長鏈的單核苷酸數(shù)目必須

，堿基之間能夠

。3.制作DNA分子平面結(jié)構(gòu)模型按照

的原則，將兩條多核苷酸長鏈互相連接起來，注意兩條鏈的方向

。4.制作DNA分子的立體結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu))模型把DNA分子平面結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一下，即可得到一個(gè)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。脫氧核糖相同互補(bǔ)配對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì)相反(1)磷酸與脫氧核糖交替連接構(gòu)成DNA鏈的基本骨架(

)(2)雙鏈DNA分子中嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)(

)(3)DNA分子中兩條脫氧核苷酸鏈之間的堿基一定是通過氫鍵連接的(

)正誤判斷

·矯正易混易錯(cuò)√√√深化探究

·解決問題疑難以下為某同學(xué)制作的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，請(qǐng)找出圖中的錯(cuò)誤有幾處？分別是什么？提示4處；核糖應(yīng)是脫氧核糖、堿基U應(yīng)為T、磷酸二酯鍵連接位置及C、G間氫鍵數(shù)錯(cuò)誤。學(xué)習(xí)小結(jié)04隨堂演練知識(shí)落實(shí)SUITANGYANLIANZHISHILUOSHI1.1953年，沃森和克里克構(gòu)建了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，其重要意義在于①證明DNA是遺傳物質(zhì)②確定DNA是染色體的組成成分③發(fā)現(xiàn)DNA如何儲(chǔ)存遺傳信息④為DNA復(fù)制機(jī)制的闡明奠定基礎(chǔ)A.①③ B.②③ C.②④ D.③④√解析DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建為DNA復(fù)制機(jī)制的闡明奠定了基礎(chǔ)；DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建使人們認(rèn)識(shí)到DNA通過堿基對(duì)的排列順序來儲(chǔ)存遺傳信息，③④正確。1234562.下列是脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)圖，正確的是解析組成脫氧核苷酸的各種分子間正確的連接方式是磷酸—脫氧核糖—含氮堿基，并且含氮堿基應(yīng)連接在脫氧核糖的1號(hào)碳原子上，磷酸連接在脫氧核糖的5號(hào)碳原子上。123456√3.(2019·濱州高一檢測)下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中，不正確的是A.每個(gè)DNA分子中通常都含有四種脫氧核苷酸B.DNA分子的兩條鏈反向平行C.DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連，且A與T配對(duì)，G與C配對(duì)D.DNA分子長鏈的每個(gè)脫氧核糖上均連接著一個(gè)磷酸和一個(gè)堿基√解析DNA分子長鏈結(jié)束部位的脫氧核糖上連接著一個(gè)磷酸和一個(gè)堿基，其他脫氧核糖上連接兩個(gè)磷酸和一個(gè)堿基，D項(xiàng)錯(cuò)誤。1234564.如圖是一個(gè)DNA分子的片段，從圖中不能得到的信息是A.DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)B.堿基嚴(yán)格互補(bǔ)配對(duì)C.嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)

D.兩條脫氧核苷酸鏈反向平行√解析由圖示可以看出，DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)，且兩條鏈之間的堿基嚴(yán)格互補(bǔ)配對(duì)，即嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)；從題中不能看出兩條鏈的方向。1234565.在DNA分子的一條單鏈中，相鄰的堿基A與T是通過下列哪種結(jié)構(gòu)連接起來的A.氫鍵 B.脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖C.肽鍵 D.磷酸—脫氧核糖—磷酸√解析DNA分子的基本組成單位是脫氧核苷酸，1分子脫氧核苷酸由1分子磷酸、1分子含氮堿基和1分子脫氧核糖組成，其連接方式如圖所示，含氮堿基連接在脫氧核糖的1號(hào)碳原子上，因此DNA單鏈中，相鄰堿基應(yīng)通過兩個(gè)脫氧核糖和一個(gè)磷酸連接。1234566.下圖是制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過程圖，請(qǐng)回答下面的問題：123456(1)在制作模型前進(jìn)行的設(shè)計(jì)中，甲處應(yīng)考慮具備_____種材料，它們分別是___________________________；其中五邊形材料表示__________。(2)乙表示的物質(zhì)是___________，a位置的元素是____。制作一個(gè)乙用到了___種材料。6脫氧核糖、四種堿基脫氧核糖脫氧核苷酸氧3磷酸、(3)由乙連接成丙的過程，需考慮的主要有：兩條鏈中五邊形材料的頂角應(yīng)呈______(填“同向”或“反向”)關(guān)系；若一條鏈的下端是磷酸，則另一條鏈的上端應(yīng)該是_____，這樣制作的目的是體現(xiàn)DNA雙鏈_________的特點(diǎn)。(4)隨機(jī)將班里某兩位同學(xué)制作的單鏈連接成雙鏈，不合理的地方最可能是________________________________________。(5)丙到丁過程體現(xiàn)了DNA分子_________的特點(diǎn)，丁中排在外側(cè)的物質(zhì)是__________________________。反向磷酸反向平行雙鏈間的堿基配對(duì)不遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(雙)螺旋交替連接的脫氧核糖和磷酸1234563.2DNA的結(jié)構(gòu)基因的本質(zhì)

教學(xué)目標(biāo)1.概述DNA結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。2.通過對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建過程的交流和討論，認(rèn)同交流合作、多學(xué)科交叉在科學(xué)發(fā)展中的作用。3.制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。新課導(dǎo)入孟德爾:發(fā)表遺傳定律相關(guān)論文薩頓假說：遺傳因子在染色體上摩爾根:果蠅雜交實(shí)驗(yàn)：基因在染色體上“生命的基本特征就是能夠儲(chǔ)存和傳遞信息，亦即遺傳密碼能夠代代相傳?；蚴腔罴?xì)胞的關(guān)鍵組成部分，要懂得什么是生命，就必須知道基因是如何發(fā)揮作用的?！薄Χㄖ@《生命是什么？》格里菲思:肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)艾弗里:肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1952年赫爾希和蔡斯：噬菌體侵染實(shí)驗(yàn)1866年1903年1910年1928年1944年新課導(dǎo)入1869年米歇爾：首先發(fā)現(xiàn)核酸1901年科塞爾：核酸含有嘌呤和嘧啶萊文P.A.Levene1869-19401934年1920年：

萊文發(fā)現(xiàn)兩種不同的核酸，即：DNA和RNA。1934年：

萊文發(fā)現(xiàn)核酸可被分解成含有一個(gè)嘌呤/嘧啶、一個(gè)核糖或脫氧核糖和一個(gè)磷酸的片段,這樣的組合稱為“核苷酸”。萊文：核酸的基本構(gòu)成單位是核苷酸20世紀(jì)30年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到：組成DNA分子的基本單位是

。DNA分子是由含4種堿基的脫氧核苷酸長鏈構(gòu)成的。DNA分子由四種脫氧核苷酸構(gòu)成脫氧核苷酸…DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建(A)(B)(C)(D)DNA衍射圖譜說明什么問題HSchmitzer,etal.ThePhysicsTeacher,2011,49:140-143.從衍射圖譜獲取的信息：（A）X形說明DNA結(jié)構(gòu)是螺旋形的；（B）菱形說明DNA分子是長鏈；（C）直線的間距是DNA分子重復(fù)單元（一個(gè)完整的螺旋）的間距；（D）缺少了兩條直線，是這是因?yàn)榱硪粭l螺旋的干擾。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建查哥夫?qū)NA堿基構(gòu)成的研究A:GT:CA:TG:C嘌呤：嘧啶牛1.291.431.041.001.1人1.561.751.001.001.0小麥1.221.181.000.970.99酵母1.671.921.031.201.0母雞1.451.291.060.910.99沙雷氏菌0.70.70.950.860.9鯡魚1.431.431.021.021.02不同生物DNA4種堿基比例關(guān)系E.Chargaff,etal.JBiolChem,1949,177(1):405不同生物DNA分子嘌呤與嘧啶的物質(zhì)的量大致相同。

即A+G=T+C腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的物質(zhì)的量大致相同；

鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的物質(zhì)的量大致相同。DNA的堿基組成有什么規(guī)律？DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建沃森的筆記指出存在三個(gè)氫鍵的可能性引自《雙螺旋》插圖注釋本浙江人民出版社沃森-克里克配對(duì)：一個(gè)由兩個(gè)氫鍵維系的腺嘌呤-胸腺嘧啶對(duì)的形狀，竟然與一個(gè)至少由兩個(gè)氫鍵維系的鳥嘌呤-胞嘧啶對(duì)相同?？磥?，所有的氫鍵都是自發(fā)形成的，不需要人為干預(yù)，兩個(gè)堿基對(duì)就會(huì)自然呈現(xiàn)出相同的形狀。

——引自《雙螺旋》插圖注釋本

浙江人民出版社注：鮑林和科里確認(rèn)鳥嘌呤和胞嘧啶之間存在三個(gè)氫鍵建構(gòu)模型是自然科學(xué)研究中常用的一種方法。該方法用【模型】來模擬研究對(duì)象，被模擬的對(duì)象稱為【原型】，模型的建構(gòu)是否正確，需要通過對(duì)原型的比較來確證?！驹汀俊灸Ｐ汀课呛贤瞥鯠NA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建DNA的結(jié)構(gòu)在DNA分子中堿基如何配對(duì)？腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T腺嘌呤A胸腺嘧啶T鳥嘌呤

G胞嘧啶

C兩個(gè)脫氧核苷酸縮合反應(yīng)過程DNA的結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸延伸成DNA分子DNA的結(jié)構(gòu)5’3’5’3’雙螺旋DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈構(gòu)成，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA中的脫氧核糖和磷酸交替排連接排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。DNA的結(jié)構(gòu)DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈構(gòu)成，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA中的脫氧核糖和磷酸交替排連接排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，并且堿基配對(duì)具有一定的規(guī)律。A一定與T配對(duì)，G一定與C配對(duì)。堿基之間的這種配一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)。脫氧核糖上與堿基相連的碳叫1’-C，與磷酸基團(tuán)相連的碳叫5’-C。DNA的一條單鏈具有兩個(gè)末端，一端有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，這一端稱為5’-端，另一端有一個(gè)羥基（-OH），稱為3’-端。DNA的兩條單鏈走向相反，從雙鏈的一端起始，一條單鏈?zhǔn)菑?’-端到3’-端，另一條單鏈則是從3’-端到5’-端。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)5’3’5’3’DNA的結(jié)構(gòu)根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則推算DNA的堿基比例：在雙鏈DNA中，嘌呤之和等于嘧啶之和，即A+G=T+C；根據(jù)這一公式，可鑒定DNA是雙鏈還是單鏈，在一個(gè)DNA分子中，如果（A+G）/（T+C）≠1，且A≠T，G≠C，則該DNA為單鏈；如果（A+G）/（T+C）=1，且A=T，G=C，則該DNA為雙鏈；根據(jù)不同的堿基比值關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。例如在一個(gè)DNA分子中，若甲鏈（A+G）/（T+C）=1/2，則在互補(bǔ)的乙鏈中，（A+G）/（T+C）=2（倒數(shù)關(guān)系）；若甲鏈（A+T）/（G+C）=1/2，則在互補(bǔ)的乙鏈中，（A+T）/（G+C）=1/2（對(duì)等關(guān)系）。DNA的結(jié)構(gòu)堿基的數(shù)量關(guān)系在真核生物中，雙螺旋結(jié)構(gòu)多是線性（或鏈狀）的，并且細(xì)胞核中的DNA與組蛋白等組成染色質(zhì)；在原核生物中DNA常為環(huán)狀，且不與蛋白質(zhì)結(jié)合成染色質(zhì)；少數(shù)病毒還具有單鏈DNA。有報(bào)道稱發(fā)現(xiàn)三鏈甚至四鏈DNA。DNA分子中堿基的排列順序編碼了遺傳信息，堿基的排列順序千變?nèi)f化，若一個(gè)DNA分子有n個(gè)堿基對(duì)，則可能出現(xiàn)的排序?yàn)?n種，從而能夠攜帶大量的遺傳信息，這體現(xiàn)出DNA分子作為遺傳物質(zhì)的多樣性。而每個(gè)DNA分子特定的堿基排列順序，又構(gòu)成了DNA分子的特異性。DNA空間結(jié)構(gòu)的多樣性鞏固練習(xí)1.DNA兩條單鏈的堿基數(shù)量關(guān)系是構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）DNA兩條單鏈不僅堿基數(shù)量相等，而且都有A、T、G、C四種堿基（）（2